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analisi regionale delle piogge brevi in basilicata - idrologia@polito

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ANALISI REGIONALE DELLE PIOGGE BREVI IN BASILICATAPierluigi Claps e Eugenio StraziusoDipartimento di Ingegneria e Fisica dell'Ambiente,Università' della Basilicata, Potenza.1. INTRODUZIONEQuesto lavoro è parte del programma di <strong>analisi</strong> <strong>regionale</strong> di frequenza <strong>delle</strong> piene <strong>in</strong>Basilicata ed ha come obiettivo la def<strong>in</strong>izione <strong>delle</strong> leggi <strong>in</strong>tensità-durata-frequenza <strong>delle</strong>precipitazioni sulla regione, utili ai f<strong>in</strong>i dell'applicazione dei metodi afflussi-deflussi per ladeterm<strong>in</strong>azione <strong>in</strong>diretta degli idrogrammi di piena. L'<strong>analisi</strong> che viene qui è preceduta daelaborazioni svolte da Gabriele e Iiritano (1994) con riferimento ai massimi annui <strong>delle</strong> <strong>piogge</strong>giornaliere, <strong>analisi</strong> <strong>in</strong> seguito riveduta ed aggiornata, ed è pr<strong>in</strong>cipalmente <strong>in</strong>dirizzata alladeterm<strong>in</strong>azione dei caratteri di distribuzione spaziale dei parametri di posizione <strong>delle</strong>distribuzioni di probabilità <strong>delle</strong> <strong>piogge</strong> di breve durata. La f<strong>in</strong>alità operativa è quella diconsentire la determ<strong>in</strong>azione <strong>delle</strong> relazioni <strong>in</strong>tensità-durata (curve di probabilitàpluviometrica) sia puntuali che areali sul territorio della Basilicata, <strong>in</strong> modo da poter stimare ilvalore della massima altezza di pioggia annua, <strong>in</strong> un sito o su un'area, per una durata ed unperiodo di ritorno assegnati.L'<strong>analisi</strong> di frequenza dei massimi di pioggia di breve durata è basata, secondo lo schemasuggerito nell'ambito del progetto VAPI (Versace, 1994), sull'adozione della distribuzione diprobabilità del valore estremo a doppia componente -TCEV- (Rossi e Versace, 1982; Rossi etal., 1984). Le fasi di stima del modello probabilistico seguono l'approccio gerarchico<strong>in</strong>izialmente suggerito da Fiorent<strong>in</strong>o et al. (1987), secondo il quale, a partire dai parametri diord<strong>in</strong>e maggiore, si <strong>in</strong>dividuano regioni (zone, sottozone, aree omogenee) nelle quali iparametri stessi possono essere considerati costanti o dipendenti da caratteristichefisiografiche. Nel seguito si esporranno i risultati emersi durante le <strong>analisi</strong> sviluppate per livellidi regionalizzazione, partendo dal terzo e dal secondo che si riferiscono rispettivamente alle<strong>analisi</strong> regionali del coefficiente di asimmetria e del coefficiente di variazione.


1.1. Area <strong>in</strong> esame e dati utilizzatiLa regione <strong>in</strong> esame è quella relativa ai bac<strong>in</strong>i del versante ionico della Basilicata (figura 1),che comprende i bac<strong>in</strong>i del Bradano, del Basento, del Cavone, dell'Agri e del S<strong>in</strong>ni e misuracirca 8500 Km 2 . Risultano <strong>in</strong>cluse nell'<strong>analisi</strong> anche zone relative ad alcuni bac<strong>in</strong>i m<strong>in</strong>ori, tracui quello del Noce.Fig. 1. Area di <strong>in</strong>dag<strong>in</strong>e con <strong>in</strong>dicazione <strong>delle</strong> sezioni idrometriche monitorate dal SIMN.2


I dati pluviometrici analizzati sono desunti dalle pubblicazioni del Servizio IdrograficoItaliano (oggi SIMN) relative ai Compartimenti di Catanzaro, Bari e Napoli. L'archivio deidati pluviografici, basato sulle citate pubblicazioni, è aggiornato al 1987. Per alcune stazioni èstato tuttavia possibile, grazie alla collaborazione fra il SIMN di Catanzaro ed il C.N.R.-I.R.P.I. di Rende (CS), utilizzare i dati, non ancora pubblicati, aggiornati al 1992.I dati utilizzati sono riportati <strong>in</strong> Appendice B e sono relativi a 55 stazioni pluviografichecon almeno 15 anni di funzionamento. Alcune stazioni sono situate all'esterno dei limiti dibac<strong>in</strong>o allo scopo di migliorare le stime dei parametri areali relativi ai bac<strong>in</strong>i idrografici.L'ubicazione <strong>delle</strong> stazioni all'<strong>in</strong>terno della regione è mostrata nella figura 2.Fig. 2. Ubicazione <strong>delle</strong> stazioni pluviografiche considerate.3


2. ANALISI REGIONALE AL PRIMO E AL SECONDO LIVELLO DIREGIONALIZZAZIONEL'<strong>analisi</strong> <strong>regionale</strong> dei dati di precipitazioni estreme al primo ed al secondo livello diregionalizzazione è f<strong>in</strong>alizzata alla determ<strong>in</strong>azione <strong>delle</strong> curve regionali di crescita dellagrandezza <strong>in</strong> esame. In pratica, per utilizzare al meglio le caratteristiche di omogeneitàspaziale dei parametri della legge TCEV di ord<strong>in</strong>e superiore al primo (essenzialmente icoefficienti di variazione e di asimmetria), è utile rappresentare la legge F(X t ) delladistribuzione di probabilità cumulata del massimo annuale di precipitazione di assegnatadurata X t come prodotto tra il suo valor medio µ(X t ) ed una quantità K T , detta fattoreprobabilistico di crescita, funzione del periodo di ritorno T e della durata t, def<strong>in</strong>ito dalrapporto:Kt,TXt,T= (1)µ ( X )tLa curva di distribuzione di probabilità del rapporto (1) corrisponde alla cosiddetta curva dicrescita, che ha caratteristiche regionali <strong>in</strong> quanto è unica nell'ambito della regione nella qualesono costanti i tre parametri della TCEV dipendenti dal secondo e dal terzo momento.La variabilità del fattore di crescita con la durata t, legata alla variabilità dei parametri dellaTCEV di ord<strong>in</strong>e superiore al primo, è praticamente trascurabile, come segnalato <strong>in</strong> NERC(1975). Una verifica è stata è stata comunque effettuata sui dati <strong>in</strong> esame, attraverso larappresentazione grafica <strong>delle</strong> medie pesate regionali dei coefficienti di asimmetria, Ca, e divariazione, Cv, calcolati per le durate per le quali sono disponibili i dati pluviometrici (figura3).Cv - Ca1.401.201.000.800.600.400.200.000 10 20 30Durata [ore]CaCvFig 3. Massimi annuali <strong>delle</strong> <strong>piogge</strong> orarie: valori medi regionali osservati di Cv e Ca.L'<strong>in</strong>dipendenza di K T dalla durata comporta che ai massimi <strong>delle</strong> <strong>piogge</strong> orarie si possonoapplicare anche risultati ottenuti con riferimento alle <strong>piogge</strong> giornaliere, per le quali la base didati di riferimento è certamente più cospicua, sia per il maggior numero di stazioni che per lamaggior lunghezza <strong>delle</strong> serie. Risulta qu<strong>in</strong>di evidente l'opportunità di estendere alle <strong>piogge</strong>4


orarie i risultati ottenuti ai primi due livelli di regionalizzazione <strong>delle</strong> <strong>piogge</strong> giornaliere X g <strong>in</strong>Basilicata.Con riferimento ad X g è stata <strong>in</strong>dividuata una zona omogenea unica al I livello, nella qualepossono essere considerati costanti i parametri Θ* e Λ* della TCEV. Al II livello sono <strong>in</strong>vecepresenti due sottozone omogenee (nord e sud-ovest) nelle quali è costante anche il valore delparametro Λ 1 .In base ai valori regionali dei suddetti parametri, calcolati da Gabriele e Iiritano (1994) èpossibile ricostruire le curve di crescita per le tre sottozone, tenendo presente chel'espressione teorica del fattore di crescita secondo la distribuzione TCEV assume la forma:⎡ kk ⎤FK T( k) = exp⎢−Λ1exp( − ) − Λ2exp( − ) ⎥⎣ Θ1Θ2 ⎦(2)1/ Θ*<strong>in</strong> cui Θ2= Θ*Θ1, Λ2= Λ*Λ , mentre il valore del parametro Θ1si ricava dalla relazione⎡µ = E[ KT ] = Θ1 ⎢( ln Λ1+ 0.57722)−⎣imponendo E[K T ]=1.1∞∑j=1j j( −1)Λ ⎤* Γ ( j / Θ*)⎥(3)j !⎦La relazione F=1−1/T tra probabilità cumulata e periodo di ritorno consente dideterm<strong>in</strong>are la funzione K T =K T (T). Tale dipendenza, poiché la (2) non è direttamente<strong>in</strong>vertibile, viene mostrata nelle figure 4 e 5.FKTΘ *= 2.632 Λ *= 0.104 Λ1= 20.64[ − 20.640exp( −3.8476k)− 0.328exp( −1.4619)]( k)= expk10 410 3T10 210 110 01 2 3 4 5kFig. 4. Fattore di crescita con il periodo di ritorno: zona omogenea A (Nord).5


FKTΘ *= 2.632 Λ *= 0.104 Λ1= 55.23[ − 55.23exp( −4.8319k)− 0.477exp( −1.8358)]( k)= expk10 510 4T10 310 210 110 01 2 3 4 5kFig. 5. Fattore di crescita con il periodo di ritorno: zona omogenea B (Sud-Ovest).In alternativa all'uso <strong>delle</strong> rappresentazioni grafiche <strong>delle</strong> curve di crescita, il valore di K Tpuò essere ricavato direttamente <strong>in</strong> funzione di T attraverso una approssimazione as<strong>in</strong>totica(Rossi e Villani, 1995, p.134) della legge di crescita. La relazione è:<strong>in</strong> cuiK = Ta + b ln T(4)a =( Θ*ln Λ*+ ln Λ 1)η; b = Θ *η(5)conη = ln Λ 1+ C − T 0(6)eT0i( − )Λ ⎛ ⎞= ∑ ∞ i1*iΓ⎜⎟i= 1 i!⎝ Θ*⎠(7)In tabella 1 vengono riportati i valori dei parametri a e b, unitamente a quelli di η e T 0 <strong>in</strong>base ai quali sono stati calcolati, che consentono di determ<strong>in</strong>are nella forma (4) le leggi dicrescita relative alle sottozone omogenee. E' utile evidenziare che l'uso dell'approssimazione6


as<strong>in</strong>totica comporta una leggera sottostima del fattore di crescita, con errori che però sonosuperiori al 5% solo per T


Una significativa ricaduta dell'applicazione dei metodi di <strong>in</strong>terpolazione spaziale, e diquello geostatistico <strong>in</strong> particolare, è rappresentata dalla possibilità di <strong>in</strong>dividuare conmaggiore chiarezza, <strong>in</strong> base all'andamento <strong>delle</strong> isoiete dei massimi, eventuali tendenzegeografico-altimetriche nella variabilità spaziale dei parametri.3.1. Applicazione della tecnica del krig<strong>in</strong>g per la stima di x tIl krig<strong>in</strong>g è un metodo di <strong>in</strong>terpolazione l<strong>in</strong>eare, basato su un approccio statistico, checonsente di ottimizzare <strong>in</strong> un assegnato punto P 0 la stima del valore di una variabileregionalizzata z misurata <strong>in</strong> un certo numero di punti P i . Modificando con cont<strong>in</strong>uità laposizione del punto P 0 è possibile determ<strong>in</strong>are l'<strong>in</strong>tero campo della variabile <strong>in</strong> esame. Unavariabile è detta regionalizzata (ReV) se descrive un fenomeno che è diffuso nello spazio (e/onel tempo) e che mostra una certa struttura di correlazione fra i valori misurati <strong>in</strong> siti diversi.Secondo il metodo geostatistico (v. es. Journel e Huijbregts, 1978; de Marsily, 1986;Isaaks e Srivastava, 1989; Cressie, 1991; Bruno e Raspa, 1994) la stima di z <strong>in</strong> un punto privodi osservazioni è effettuata attraverso una media pesata dei valori osservati negli altri siti dellaregione, con i pesi che dipendono dalla struttura di correlazione osservata. Questa, a suavolta, è legata alla distanza tra le stazioni.L'<strong>in</strong>terpretazione probabilistica di una variabile regionalizzata z(P) come una particolarerealizzazione di una funzione casuale comporta la necessità di <strong>in</strong>ferire, almeno <strong>in</strong> parte, sullalegge di probabilità associata alla funzione stessa. Perché ciò si renda possibile a partire dauna s<strong>in</strong>gola realizzazione della ReV (che è rappresentata dalle osservazioni di sponibili neipunti P i ) è necessario appoggiarsi alle ipotesi di stazionarietà e di ergodicità della funzionecasuale.In base a tali ipotesi, che risultano <strong>in</strong> generale piuttosto restrittive se applicate a variabilimeteoclimatiche, considerati due punti qualsiasi P i e P j del dom<strong>in</strong>io spaziale, separati dalvettore distanza h, la covarianza fra le variabili casuali ivi def<strong>in</strong>ite, quali che siano i punti P ela distanza h, è data da:[ (Pi), (Pj) ] == [( (Pi) − ) ⋅ ( (Pi + h) − )] = [ (Pi), (Pi+ h) ]Cov z z E z µ z µ Cov z z(8)L'<strong>analisi</strong> della struttura di covarianza spaziale della variabile regionalizzata è resaparticolarmente efficace se effettuata tramite l'<strong>analisi</strong> del suo semivariogramma spaziale,γ[z(h)], espresso da:11γ [ z( P), z( P + h)] = Var[ z( P)] − Cov[ z( P), z( P + h)] + Var[ z( P + h)]22(9)con il quale si valuta il peso della covarianza tra due punti qualsiasi a distanza h <strong>in</strong> rapportoalle rispettive varianze.8


Se le variabili casuali z(P) e z(P+h) non sono correlate ma appartengono alla stessafunzione casuale e qu<strong>in</strong>di hanno la stessa struttura probabilistica (cioè uguale varianza), per la(9) si ha:γ [ z( y), z( y) + h] = Var[ z( y)](10)che è il risultato a cui si perviene comunque ad una distanza h* tale che tra le stazioni non sievidenzia più nessuna correlazione. Tale valore, che rappresenta l'as<strong>in</strong>toto delsemivariogramma è detto sill e corrisponde alla varianza spaziale della variabile, mentre ladistanza h* è detta range del semivariogramma. Il valore di γ(z(0)), che rappresenta lavarianza campionaria, cioè quella relativa alla funzione casuale considerata unicamente <strong>in</strong> ungenerico punto, è detto nugget.La stima dei valori <strong>in</strong>cogniti z(P) nei siti sprovvisti di osservazioni avviene tramitel'applicazione di pesi moltiplicativi sui valori noti, pesi che sono determ<strong>in</strong>ati nel rispetto dellafunzione di semivariogramma teorico legata alla variabile casuale. Per motivi di snellezza delmetodo di stima è <strong>in</strong>fatti opportuno far riferimento ad una forma funzionale disemivariogramma (teorico), piuttosto che a quello direttamente ottenuto dai dati (dettosperimentale), che si <strong>in</strong>dividua secondo il criterio del miglior adattamento alla curvasperimentale.Utilizzando la tecnica appena descritta, conoscendo i dati relativi alle 55 stazionipluviografiche considerate nella regione <strong>in</strong> esame, sono stati calcolati i valori della funzionecasuale x t<strong>in</strong> corrispondenza dei nodi di una griglia regolare. Tramite questi valori si sonotracciate le isol<strong>in</strong>ee di x t, per le durate 1, 3, 6, 12 e 24 ore. Le l<strong>in</strong>ee isoparametriche sonoriportate <strong>in</strong> Appendice A, nelle figure A1-A5, nelle quali sono anche mostrati isemivariogrammi sperimentali e di miglior adattamento, con i relativi valori di nugget, sill erange. Come si può notare dalle figure, il modello teorico Gaussiano si adatta <strong>in</strong> manierasoddisfacente ai diversi semivariogrammi sperimentali, con valori del range stabili per duratesuperiori ad 1 ora e con rapporti sill/nugget crescenti f<strong>in</strong>o alla durata di 12 ore.Dall'esame dell'andamento <strong>delle</strong> isol<strong>in</strong>ee si evidenzia che per le precipitazioni di duratasuperiore a 12 ore, i valori più elevati di x tsi riscontrano sulla dorsale appenn<strong>in</strong>ica e, <strong>in</strong>particolare, sul massiccio del Poll<strong>in</strong>o e nella zona di Maratea-Lagonegro. Per taliprecipitazioni, dunque, sembrerebbe di rilevare un'<strong>in</strong>fluenza dell'esposizione e della quota deisiti di misura sui valiori di x t. Per le precipitazioni di durata <strong>in</strong>feriore, <strong>in</strong>vece, il parametrocaratterizzante il valore dell'altezza di pioggia sembra essere la sola distanza dal mare.La rappresentazione a curve isoparametriche consente la stima del valore di x t<strong>in</strong> ungenerico sito attraverso un'<strong>in</strong>terpolazione l<strong>in</strong>eare fra le curve più vic<strong>in</strong>e al punto stesso. Ladeterm<strong>in</strong>azione <strong>delle</strong> medie x tper le diverse durate dà la possibilità di costruire la relazione<strong>in</strong>tensità-durata necessaria per la valutazione <strong>in</strong>diretta <strong>delle</strong> portate di piena. Per evitare didover ricorrere a macch<strong>in</strong>ose ricostruzioni per via grafica dei suddetti valori e per supportare9


una successiva fase di riconduzione dei parametri puntuali a valori rappresentativi di un'area,sulla regione <strong>in</strong> <strong>in</strong>dag<strong>in</strong>e è stata ricostruita anche la distribuzione spaziale dei parametri dellalegge <strong>in</strong>tensità-durata, le cui fasi sono descritte nel paragrafo seguente.4. REGIONALIZZAZIONE DELLE CURVE DI PROBABILITÀ PLUVIOMETRICAIn questo paragrafo si riportano i risultati della ricostruzione della legge <strong>in</strong>tensità-duratanella regione. Questo legame viene generalmente rappresentato secondo una relazione che, <strong>in</strong>particolare nel campo <strong>delle</strong> durate da 1 a 24 ore è del tipo:xtn= at ⋅ (11)Questa espressione risulta però <strong>in</strong>congruente per t che tende a zero, <strong>in</strong> quanto dà luogo ad<strong>in</strong>tensità che tende ad <strong>in</strong>f<strong>in</strong>ito.Per tener conto correttamente dell'andamento della curva di probabilità pluviometrica perdurate <strong>in</strong>feriori all'ora si preferisce allora usare la legge a 3 parametri:xtt= x0⋅( 1 + t / t ) β (12)cnella quale x 0 rappresenta il limite dell'<strong>in</strong>tensità di pioggia per t che tende a zero. La (12) puòperò essere tarata affidabilmente solo avendo a disposizione un numero consistente di datirelativi a durate <strong>in</strong>feriori all'ora (v. es. Villani, 1990), <strong>in</strong> assenza dei quali il suo impiego risultameno efficace rispetto all'impiego della (11).Nella presente <strong>analisi</strong>, non essendo disponibili dati di pioggia di durata <strong>in</strong>feriore all'ora, si èeffettuata la determ<strong>in</strong>azione <strong>delle</strong> curve di probabilità pluviometriche sull'<strong>in</strong>tera regionesecondo la relazione (11).Per mancanza di una suddivisione <strong>in</strong> aree omogenee, anche nella determ<strong>in</strong>azione delladistribuzione spaziale dei parametri a ed n nella regione non è stato possibile ricercarerelazioni che facessero dipendere i suddetti parametri da variabili fisiche, quali ad esempio laquota. Si è qu<strong>in</strong>di adottato ancora il criterio di ricostruire le curve isoparametriche <strong>delle</strong>variabili <strong>in</strong> questione attraverso il krig<strong>in</strong>g. I dati di partenza, riportati <strong>in</strong> Appendice A (tabellaA.1), sono i coefficienti a ed n stimati <strong>in</strong> ognuna <strong>delle</strong> 55 stazioni considerate tramiteregressione l<strong>in</strong>eare sui logaritmi.La distribuzione <strong>delle</strong> isol<strong>in</strong>ee per il parametro a (figura 6) comporta solo m<strong>in</strong>imevariazioni rispetto a quella <strong>delle</strong> medie dei massimi <strong>in</strong> 1 ora, poiché i due parametri sonoteoricamente co<strong>in</strong>cidenti. Per il parametro n si è <strong>in</strong>vece ottenuto un semivariogrammaomnidirezionale campionario crescente con la distanza h (figura 7a) non compatibile conl'ipotesi di stazionarietà del processo spaziale.10


Analizzando la distribuzione spaziale dei dati relativi al parametro n è emersa la presenzadi un trend secondo la direzione NE-SW, per elim<strong>in</strong>are il quale si è proceduto calcolando ilsemivariogramma (direzionale) nella direzione ortogonale al trend. In questo modo si èottenuto un andamento costante (figura 7b), che denota peraltro assenza di correlazionespaziale nella direzione ortogonale al trend. La successiva ricostruzione tramite krig<strong>in</strong>g <strong>delle</strong>stime dell'esponente n ha portato alle curve isoparametriche mostrate <strong>in</strong> figura 8.4.1. La stima <strong>delle</strong> <strong>piogge</strong> medie arealiCon riferimento all'<strong>analisi</strong> <strong>regionale</strong> <strong>delle</strong> portate di piena al terzo livello, così come <strong>in</strong> altreapplicazioni idrologiche, è necessario conoscere il valore massimo di precipitazione di durata tper fissato periodo di ritorno T relativo all'<strong>in</strong>tera area A del bac<strong>in</strong>o. Per la determ<strong>in</strong>azione ditale valore sono necessari i seguenti elementi:− il fattore di crescita K T <strong>delle</strong> precipitazioni con il periodo di ritorno riferito all'area <strong>in</strong>esame− la legge di probabilità pluviometrica x tmediata sull'area− il fattore empirico di riduzione <strong>delle</strong> <strong>piogge</strong> all'area (fattore di riduzione areale).I fattori di crescita relativi alle sottozone omogenee sono stati presentati nel paragrafo 2,mentre il fattore di riduzione areale verrà discusso più avanti. Ci soffermiamo ora sulladeterm<strong>in</strong>azione <strong>delle</strong> leggi di probabilità pluviometriche areali a partire dall'<strong>in</strong>formazionedeterm<strong>in</strong>ata dalle elaborazioni discusse al paragrafo precedente. Poiché non si sono<strong>in</strong>dividuate aree omogenee rispetto alle leggi di probabilità pluviometriche, la lorodeterm<strong>in</strong>azione areale richiede uno specifico calcolo per ogni area di <strong>in</strong>teresse a partire dalleisol<strong>in</strong>ee <strong>delle</strong> figg. 7 e 8.La curva di probabilità pluviometrica di un bac<strong>in</strong>o viene qu<strong>in</strong>di determ<strong>in</strong>ata a seguito diuna operazione di media sui parametri a ed n della legge di pioggia (11), rappresentatiattraverso curve isoparametriche. Per effettuare la media spaziale <strong>in</strong> campo l<strong>in</strong>eare si puòpassare ai logaritmi, considerando che:E[ log( x )] = E[ log( a)] + log( t) E[ n](13)tPer fornire dati utili per valutazioni idrologiche speditive, l'operazione di media arealerichiede un certo impegno ed un sufficiente dettaglio di rappresentazione <strong>delle</strong> curveisoparametriche. Questa operazione è stata eseguita non solo per tutti i bac<strong>in</strong>i monitorati <strong>in</strong>passato dal SIMN <strong>in</strong> Basilicata, <strong>in</strong>cluse le aree comprese tra sezioni successive lungo il corsod'acqua, ma anche per celle di 10 Km di lato che ricoprono l'<strong>in</strong>tero territorio lucano (figura 9).11


Gamma [mmq]201510500 20 40 60Distanza [Km]Modello: gaussianonugget [mm2] 6sill [mm2] 16range [Km] 52Fig. 6. Isol<strong>in</strong>ee del coefficiente a della curva di probabilità pluviometrica esemivariogramma di miglior adattamento.12


Gamma [mmq]0.0070.0060.0050.0040.0030.0020.00100 20 40 60 80Distanza [Km]Gamma [mmq]0.00350.0030.00250.0020.00150.0010.000500 20 40 60Distanza [Km](a)(b)Fig. 7. Semivariogrammi dei valori relativi all'esponente n della curva di probabilitàpluviometrica: (a) sperimentale; (b) dopo la rimozione del trend (nugget=0.0021 mm2)Fig. 8. Isol<strong>in</strong>ee dell'esponente n della curva di probabilità pluviometrica.13


Per i bac<strong>in</strong>i sottesi dalle sezioni monitorate dal SIMN e le aree comprese tra successivisottobac<strong>in</strong>i (figura 1) vengono forniti <strong>in</strong> tabella A.2 (Appendice A) i valori dei parametri a edn relativi alle curve di probabilità pluviometriche medie areali. Sono <strong>in</strong>vece riportati <strong>in</strong>tabella A.3 I valori medi di log(a) e di n relativi alle celle rappresentate <strong>in</strong> figura 9 edidentificate da una numerazione che procede da Ovest verso Est e da Sud verso Nord. Nonsono <strong>in</strong>vece riportati i valori dei parametri della legge di pioggia relativi a celle che nonricadono nell'area di <strong>in</strong>teresse.Usando i valori medi di log(a) e di n relativi alle celle, si può ottenere l’espressione dellalegge di pioggia riferita ad un'area attraverso media pesata dei suddetti valori tra le celle chericoprono l'area stessa.Fig. 9. Suddivisione della regione <strong>in</strong> esame <strong>in</strong> celle di lato 10 Km14


4.2. Il fattore di riduzione arealeI valori dei coefficienti a ed n riportati nella tabella A.2 sono relativi a medie spaziali deglistessi parametri calcolati <strong>in</strong> base alle registrazioni di pioggia puntuali nei siti di misura. Questaoperazione di media non tiene però conto <strong>delle</strong> modificazioni che <strong>in</strong>tervengono nel fenomenodi precipitazione <strong>in</strong> rapporto alla sua scala spaziale. Di fatto, andrebbe considerato che conl'aumentare dell'area del bac<strong>in</strong>o aumenta la probabilità di non contemporaneità dell'evento dipioggia sulla sua superficie.Di questo aspetto si tiene conto <strong>in</strong>troducendo un fattore di riduzione (fattore di riduzioneareale) direttamente dipendente dall'area A e che rappresenta il rapporto:IA( t, T)K( A, t, T)= (14)I ( t, T)ptra I ( d , T ) il valore dell'<strong>in</strong>tensità di pioggia areale, per assegnata durata t e fissato periodoAdi ritorno T, ed il corrispondente valore I ( d , T) dell'<strong>in</strong>tensità di pioggia puntuale o da essadirettamente derivato.pDa alcune <strong>analisi</strong> svolte sull'argomento (v. es. U.S. Weather Bureau, 1957-60; Penta,1974), risulta che la dipendenza, valida <strong>in</strong> generale, tra il fattore di riduzione areale (ARF) edil periodo di ritorno T non è particolarmente evidente, per cui nella pratica progettuale puòessere trascurata. Di conseguenza, per l'espressione che lega l'ARF all'area A del bac<strong>in</strong>o edalla durata t della pioggia si può far riferimento ad una espressione del tipo:K( A, t) = 1 − f1( A) f2 ( t)(15)<strong>in</strong> cui le funzioni f 1 ed f 2 vanno specificate <strong>in</strong> modo empirico ma devono essere tali dasoddisfare le uguaglianze: f 1 (A)=0, per A=0 e f 2 (t)=1, per t=0.Eagleson (1972), elaborando dati di pioggia raccolti dall'U.S. Weather Bureau, haproposto le seguenti espressioni per le funzioni f 1 ed f 2 precedentemente def<strong>in</strong>ite:f ( A) = 1 − exp( − c A); f t c t c 3( ) = exp( − )(16)1 12 2Se, come <strong>in</strong> questo caso, per la rappresentazione <strong>delle</strong> leggi di probabilità pluviometrica<strong>delle</strong> <strong>piogge</strong> puntuali ed areali vengono usate <strong>delle</strong> relazioni di potenza:Ip=a t( n−1); I a'tA =( n ' −1)(17)per la def<strong>in</strong>izione di fattore di riduzione areale, si ha:a' (K( A, t)t n ' − n )=a (18)Componendo la (18) con le (15) e (16), si ha (Villani, 1990):15


a'a−= 1 + 1 2 -2 2− c1 e c A c1e c 2A(19)2n' − n= K A 1(20)Penta (1974) ha ricavato i coefficienti c 1 e c 2 relativi alla Basilicata, che risultano pari a:c 1 =2.1 10 −3 ; c 2 =0.53Ammettendo che nella seconda <strong>delle</strong> (16) valga (Eagleson, 1972)c 3 =0.25risulta poi (Villani, 1990):K 1 = 1.44 x 10 -4con il che siamo <strong>in</strong> grado di determ<strong>in</strong>are a' ed n' noti a ed n.Poiché l'applicazione di questo metodo è limitata a bac<strong>in</strong>i di area compresa tra 10 e 2000Km 2 , per il bac<strong>in</strong>o del Bradano a Tavole Palat<strong>in</strong>e, avente area pari a 2823 Km 2 , si è ritenutonon corretto usare i risultati sopra riportati. Ai f<strong>in</strong>i applicativi la cosa non pone significativiproblemi, <strong>in</strong> quanto la valutazione <strong>delle</strong> piene a valle della sezione di S. Giuliano è,ovviamente, <strong>in</strong> tutto condizionata dalla presenza della omonima diga.I valori dei parametri a' ed n', calcolati con la procedura sopra esposta per tutte le aree<strong>in</strong>dividuate dalla sezioni idrometriche del SIMN, sono riportati <strong>in</strong> Appendice A (tabella A.4).5. CONSIDERAZIONI CONCLUSIVELe elaborazioni svolte <strong>in</strong> questo lavoro sono state f<strong>in</strong>alizzate al conseguimentodell'obiettivo f<strong>in</strong>ale di fornire le curve areali di probabilità pluviometrica, necessarie per lavalutazione <strong>in</strong>diretta della piena annua media. Con rispetto a questo obiettivo sono statiforniti tutti gli elementi utili, con un sufficiente dettaglio di rappresentazione spaziale.Ciò nondimeno, anche sulla base dei risultati qui presentati, è possibile approfondireulteriormente l'<strong>analisi</strong> <strong>delle</strong> <strong>piogge</strong> di breve durata, essenzialmente <strong>in</strong> due direzioni. La prima èquella di allargare la base dei dati <strong>in</strong>cludendo stazioni anche lontane dall'area <strong>in</strong> esame, permeglio evidenziare tendenze di variabilità spaziale dei parametri di cui si possa tener contoesplicitamente. La seconda concerne l'<strong>analisi</strong> della relazione <strong>in</strong>tensità-durata per <strong>piogge</strong> didurata <strong>in</strong>feriore all'ora, i cui risultati sono di <strong>in</strong>teresse quando i tempi di risposta del bac<strong>in</strong>osono molto <strong>brevi</strong>, come avviene <strong>in</strong> piccoli bac<strong>in</strong>i ed <strong>in</strong> ambiente urbano.16


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